物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节

,14.1 物质代谢,概述,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第1页,提问：代谢网络有什么益处？,资源共享路径,在满足需要前提下，互通有没有，最大程度降低酶、代谢路径及中间产物数量,这些代谢之间是否会存在相互干扰问题呢？,是,怎样尽可能降低其程度呢？,各种代谢调控方法,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第2页,没有孤立代谢生化反应，全部都是生化反应网络中节点。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第3页,14.2,物质代谢相互联络,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第4页,1.各种代谢物均含有各自共同代谢池,比如,各种组织,消化吸收糖,肝糖原分解,糖异生,血,糖,14.2.1,物质代谢特点,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第5页,3.整体性,糖类,脂类,蛋白质,水,无机盐,维生素,各种物质代谢之间互有联络，相互依存。,消化吸收,中间代谢,废物排泄,2.动态平衡,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第6页,4.ATP是机体能量利用共同形式,营养物分 解,释放能量,ADP+Pi,ATP,直接供能,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第7页,5.NADPH是合成代谢所需还原当量,比如,乙酰CoA,NADPH+H,+,脂酸、胆固醇,磷酸戊糖路径,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第8页,6.代谢调整,机体有精细调整机制，调整代谢强度、方向和速度,内外环境不停改变,影响机体代谢,适应环境改变,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第9页,7.各组织、器官物质代谢各具特色,结构不一样,酶系种类、含量不一样,不一样组织、器官,代谢路径不一样、功效各异,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第10页,共同代谢池 metabolic pool,动态平衡 dynamic equilibrium,整体性 integration,ATP是通用,NADPH是合成代谢所需还原当量,代谢调整,组织、器官代谢各具特色,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第11页,一、在能量代谢上相互联络,三大营养素,共同中间产物,共同最终代谢通路,糖,脂肪,蛋白质,乙酰CoA,TCA,2H,氧化磷酸化,ATP,CO,2,三大营养素可在体内氧化供能。,14.2.2,代谢路径间相互联络,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第12页,从能量供给角度看，三大营养素能够相互代替，并相互制约。,普通情况下，供能以糖、脂为主，并尽可能节约蛋白质消耗。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第13页,脂肪分解,增强,ATP,增多,ATP/ADP,比值增高,任一供能物质代谢占优势，常能抑制和节约其它物质降解。,糖分解被抑制,6-磷酸果糖激酶-1被抑制,（糖分解代谢限速酶之一）,比如,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第14页,（一）糖代谢与脂代谢相互联络,1.摄入糖量超出能量消耗时,二、糖、脂和蛋白质,之间相互联络,葡萄糖,乙酰CoA,合成脂肪,（脂肪组织）,合成糖原储存（肝、肌肉）,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第15页,2.,脂肪甘油部分能在体内转变为糖,脂酸,乙酰CoA,葡萄糖,脂,肪,甘油,甘油激酶,肝、肾、肠,磷酸-甘油,葡萄糖,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第16页,3.脂肪分解代谢受糖代谢影响,饥饿、糖供给不足或糖代谢障碍时,高酮血症,草酰乙酸相对不足,糖不足,脂肪大量动员,酮体生成增加,氧化,受阻,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第17页,（二）糖与氨基酸代谢相互联络,比如,丙氨酸,丙酮酸,脱氨基,糖异生,葡萄糖,1.大部分氨基酸脱氨基后，生成对应-酮酸，可转变为糖。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第18页,2.糖代谢中间产物可氨基化生成一些非必需氨基酸。,糖,丙酮酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬酸,-酮戊二酸,丙氨酸,天冬氨酸,谷氨酸,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第19页,氨基酸,乙酰CoA,脂肪,1.蛋白质能够转变为脂肪,2.氨基酸可作为合成磷脂原料,丝氨酸,磷脂酰丝氨酸,胆胺,脑磷脂,胆碱,卵磷脂,（三）脂类与氨基酸代谢相互联络,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第20页,但不能说，脂类可转变为氨基酸。,脂肪,甘油,磷酸甘油醛,糖酵解路径,丙酮酸,其它-酮酸,一些非必需氨基酸,3.脂肪甘油部分可转变为非必需氨基酸,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第21页,（四）核酸与糖、蛋白质,代谢相互联络,1.氨基酸是体内合成核酸主要原料,甘氨酸,天冬氨酸,谷氨酰胺,一碳单位,合成嘌呤,合成嘧啶,2.磷酸核糖由磷酸戊糖路径提供,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第22页,糖原,食物糖,葡糖-6-磷酸,酵解 中间物,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,CO,2,乳酸,CO,2,脂肪酸,食物脂肪,甘油,储存脂肪,辅酶H,2,甘油,氨基酸,NH,3,CO,2,ATP,尿素,组织蛋白质,食物蛋白质,三羧酸循环,乙醛酸循环,磷酸戊糖路径,辅酶H,2,呼吸链,磷酸戊糖,ATP,ADP,ATP,甲酸CO,2,NH,3,核酸,H,2,O,-酮戊二酸,生糖,甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺,辅酶H,2,磷脂,丝,甲硫,氨基酸,酶,基因,糖异生,发酵,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第23页,1、,体内供能物质以糖和脂肪为主，节约蛋白质以组成细胞结构。,2、糖、脂、氨基酸分解代谢,乙酰CoA,三羧循环,ATP+CO,2,+H,2,O,节约酶种类和数量,简化反应机构,4、相互转变、相互制约、殊途同归。,3、枢纽性中间产物，可沟通不一样代谢通路,葡糖-6-磷酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第24页,为何说三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢共同通路？,1、三羧酸循环是乙酰CoA最终氧化生成CO,2,和H,2,O路径；,2、糖代谢产生碳骨架最终进入三羧酸循环被氧化；,3、脂肪分解产生甘油可经过有氧氧化进入三羧酸循环，脂肪酸经,-氧化产生乙酰CoA可进入三羧酸循环氧化；,4、蛋白质分解产生氨基酸经脱氨后其骨架可进入三羧酸循环，同时，三羧酸循环中间产物可作为氨基酸碳骨架接收氨后合成非必需氨基酸,。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第25页,14.3,物质代谢调整,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第26页,生物体内代谢不是孤立，各行其是进行，即相互联络转化，协调一致，又相互限制制约。体内代谢能保持这种动态平衡，应归功与它准确调整机构。,例：饱餐一顿血糖不会居高不下。,体内调整可发生在不一样层次上，普通分为四种水平：,酶水平调整-经过对酶活性和酶量调整来实现。,细胞水平调整-经过对细胞内代谢物和酶细胞定位来实现。,激素水平调整-协调不一样细胞、组织与器官之间代谢。,神经水平调整-在神经系统参加下由酶和激素共同组成调整网络。,14.3.1,代谢调整含义,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第27页,神经水平调整,激素水平调控,细胞水平调控,分子水平调控,酶水平调控,单细胞生物,植物,动物,代谢正常运转是生物体生存基本条件，首先生物存在基本代谢调整过程，另首先生物依据生长发育不一样阶段，及外界环境改变作出适当代谢调整。代谢调整方式也在不停改变。,进化方向,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第28页,提问：,怎样调控呢？,酶,代谢调控开关,提问：,影响酶活力原因有哪些？,底物浓度、酶浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂、辅酶或辅基、别构激活抑制,pH、温度基本控制在定值,1.酶活性调整,A 抑制作用,14.3.2,酶水平调整,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第29页,酶促反应前馈和反馈,前者意思是“输入对输出影响”;后者意思是“输出对输入影响”。,反馈抑制,如：CTP 反馈抑制天冬氨酸氨甲酰基转移酶。可分为两种。,简单反馈抑制,二价反馈抑制,次序反馈抑制,协同反馈抑制,累积反馈抑制,同工反馈抑制,前馈激活：,如：6-磷酸葡萄糖对糖原合成酶前馈激活。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第30页,y,x,D,C,B,a,A,b,c,d,d,1、次序反馈抑制,y,x,D,C,B,a,A,b,c,d,d,2、协同反馈抑制,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第31页,y,x,D,C,B,a,A,b,c,d,d,3、累积反馈抑制,4、同工反馈抑制,y,x,D,C,B,a,A,b,c,d,d,a,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第32页,B 化学修饰,1.化学修饰概念,酶蛋白肽链上一些残基在酶催化下发生可逆共价修饰(covalent modification)，从而引发酶活性改变，这种调整称为酶化学修饰。,2.化学修饰主要方式,磷酸化-去磷酸,乙酰化-脱乙酰,甲基化-去甲基,腺苷化-脱腺苷,SH 与 S S 互变,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第33页,酶磷酸化与脱磷酸化,-,OH,Thr,Ser,Tyr,酶蛋白,H,2,O,Pi,磷蛋白磷酸酶,ATP,ADP,蛋白激酶,Thr,Ser,Tyr,-,O-PO,3,2-,磷酸化酶蛋白,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第34页,3.化学修饰特点,酶蛋白共价修饰是可逆酶促反应，在不一样酶作用下，酶蛋白活性状态可相互转变。催化互变反应酶在体内可受调整原因如激素调控。,含有放大效应，效率较变构调整高。,磷酸化与脱磷酸,是最常见方式。,同一个酶能够同时受变构调整和化学修饰调整。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第35页,2.酶数量调控,合成调控、降解调控,A.合成调控,诱导合成与阻遏合成,当需要时候，,合成对应酶,底物是诱导物,节约能源和物质,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第36页,背景介绍,大肠杆菌通常利用,葡萄糖,作为碳源，通常情况下环境中乳糖极少，降解,乳糖,酶不被合成，,其实质是,乳糖降解酶基因,不表示。,例1,大肠杆菌乳糖酶诱导合成,阻遏蛋白,乳糖酶基因,操纵基因,结构基因,半乳糖苷酶,半乳糖苷转乙酰酶,半乳糖苷透性酶,操纵基因,基因合成开关,调整基因,关,阻遏蛋白,阻挡,操纵基因,，结构基因不表示,诱导物（乳糖）,开,诱导物,阻止,阻遏蛋白,功效发挥。,mRNA,酶蛋白,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第37页,阻遏蛋白,操纵基因,结构基因,调整基因,mRNA,酶蛋白,阻遏蛋白,不能与操纵基因结合，所以结构基因表示。,酶代谢产物一旦大量积累,阻遏蛋白,被产物激活，结构基因不表示。,原核生物基因主要是转录控制。,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第38页,真核生物基因是多层次调控,当前生化领域最引人注目标研究课题之一。,研究目标,更有效地控制真核生物（动植物及人类本身）生长发育。,真核生物DNA中基因部分只占5%，其余大多与调控相关。,严密控制,不一样部位细胞中基因,表示,以实现明确分工（代谢能力、功效）,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第39页,B.降解调控,泛肽有选择控制一些酶降解,稳定酶结构,泛肽,易被降解,酶结构,溶酶体,蛋白酶,氨基酸,泛肽,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第40页,主要指,肽类及氨基酸衍生物,激素。,（,动物激素,主要包含,肽类,、,氨基酸衍生物类,、,固醇类,激素）,3.激素对酶连续激活,激素,激素受体,ATP,cAMP+PPi,酶A,(无活性）,酶A,(有活性）,酶B,(无活性）,酶B,(有活性）,酶C,(无活性）,酶C,(有活性）,酶D,(无活性）,酶D,(有活性）,代谢反应,激素激活了一个连锁信号放大,，,酶D浓度巨升，整个反应速度大幅度提升,。（,四两拨千斤,）,环化酶,激活,10,100,1000,10,4,极大,1,（浓度）,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第41页,4.神经信号对酶调整,高等动物,特有,调整机制,物质代谢概述物质代谢的相互联系代谢调节,第42页,各种生物在生物化学层次,完全平等,生物化学中含有,高度生命智慧,物质代谢概述物质